用于风力发电设备的基础的制作方法

1.本发明涉及一种用于风力发电设备的基础，该基础具有圆形或多边形的基座，该基座分成用于承载塔架的若干个环形部段，并且该基础具有从该基座径向向外延伸的支撑元件，其中，该环形部段和支撑元件被设计为预制混凝土元件或者由预制混凝土元件组装而成，并且其中，相邻的支撑元件在周向方向上彼此隔开。
2.本发明还涉及一种具有塔架的风力发电设备，该塔架承载转子并且被安装在根据本发明的基础上。


背景技术：

3.例如在wo 2017/141098 a1中描述了开头处提到的类型的基础，并且该基础基本上由预制混凝土元件构成。这样的混凝土元件在预制工厂中制造并运输到使用地点，在那里它们可使用起重机来放置就位，并且随后连接到彼此。以这种方式，可大大缩短现场施工过程的持续时间。当连接到彼此时，这些预制混凝土元件形成具有中央基座和若干个肋或支撑元件的基础，其中每个肋或支撑元件从该基座径向向外突出。每个预制混凝土元件形成支撑元件中的一个以及基座的相关周向部分。在以这种方式将基础装配在一起之后，风力涡轮机的塔架或桅杆被竖立在该基座上，并使用锚定螺栓附接到该基座。
4.通过使用预制混凝土元件，这些元件可在受控环境中制造，使得有可能在最佳条件下硬化混凝土并密切监测该过程。硬化混凝土的质量可得到改善，这是因为在预制工厂中比在施工现场中具有对材料质量和工艺的更好的控制。
5.风力涡轮机暴露于必须由基础吸收的特定性质的载荷和应力。风本身以不可预测和可变的方式起作用。在较大系统的情况下，由于振动和共振，还存在动态载荷分量。此外，具有100米及更高的高度的塔架由于相当大的倾斜力矩而将相当大的偏心载荷传递到基础。当塔架经受弯曲力矩时，基础的混凝土必须承受在压缩区中发生的压缩，并且混凝土的钢筋结构必须吸收基础的相对部分中的拉力，这是因为混凝土本身具有相对低的抗拉强度。
6.由预制钢筋混凝土元件制成的基础具有以下优点，即：混凝土的性能和质量更高，使得具有更低的开裂风险，以及更高的承受动态和静态载荷的能力。然而，一个缺点在于各个预制混凝土元件不得超过特定尺寸，使得它们可从预制工厂运输到使用地点。
7.通过如下方式实现了对基础的稳定性的显著贡献，即：利用泥土或某种其他填充物材料回填容纳基础的基坑（excavation），由此其停留在基础的预制混凝土元件上。以这种方式，填充材料的重量可用于在预制混凝土元件上施加竖直载荷，该竖直载荷抵消可能的倾覆力矩。
8.为了增加风力机基础的稳定性，特别是增加其对倾斜力矩的抵抗力，而不增加预制混凝土元件的长度和/或宽度，在wo 2017/141098 a1中提出，两个相邻的预制混凝土元件之间的空间应各自通过桥接板桥接。这些桥接板为填充材料提供了附加的支撑表面，由此可增加抵消倾覆力矩的竖直载荷分量。另外，这些桥接板导致相邻支撑元件的稳定化和
相互支撑，这是因为这些支撑元件被连接到彼此以形成单一结构，特别是在径向外部区域中，即远离基座。为了固定桥接板的位置，它们例如借助于螺丝连接来紧固到支撑元件，然而，这需要高组装成本。


技术实现要素：

9.因此，本发明旨在创建一种基础的设计，其至少部分地保留所提到的桥接板的优点，但避免桥接板的高组装成本。
10.为了实现该目的，本发明实质上在于开头处提到的类型的基础，其中，相邻的支撑元件各自借助于设计为预制混凝土元件的切向延伸的梁来连接到彼此。两个相邻的、径向延伸的支撑元件借助于切向梁的连接产生由若干个三角形形成的支撑结构，而不是先前由支撑元件形成的星形支撑结构。这导致力的更好的分布和消散，尤其是在该基础的由于倾斜力矩而被压缩的区域中。如在桥接板的情况下一样，根据本发明的梁的布置结构确保了相邻的支撑元件的稳定化和相互支撑，而桥接板不是绝对必要的。因此，可省去与桥接板的运输和组装相关的工作。由于形成围绕基座的支撑三角形，径向延伸的支撑元件可做得更薄，并且因此得到重量优化，这是因为塔架的支撑不再仅仅基于径向支撑元件的悬臂模型。
11.当然，也可将根据本发明的梁与桥接板结合使用。然而，在这种情况下，如果梁本身确保桥接板的径向支撑，则可省去借助于螺钉将桥接板分开紧固到支撑元件。这些梁形成形状配合的保持装置，其起作用以防止桥接板远离基座的径向迁移。
12.处于本发明的含义内的梁应被理解为细长的混凝土元件，其沿基础的切向方向延伸的纵向延伸部明显超过宽度和高度，该纵向延伸部优选地为宽度和/或高度的至少两倍，优选为至少五倍。
13.术语“切向”参考该圆形或多边形的基座围绕其布置的所述基础的竖直轴线，并且表示根据本发明设置的梁基本上与所述轴线延伸穿过其中心的假想圆相切。
14.根据本发明的梁可优选地平直延伸。然而，也可设想不同的形状，例如具有弯曲轮廓的梁。
15.优选地设置成使每对相邻的支撑元件借助于梁连接到彼此，使得这些梁形成围绕基座或径向支撑元件的多边形。换句话说，从每个支撑元件延伸两个梁，在每种情况下第一个梁通向右手边的相邻的支撑元件，并且第二个梁通向左手边的相邻的支撑元件。
16.这些梁与支撑元件的连接能够以不同的方式进行，由此应确保在任何情况下都使得可在径向方向上并且还可在切向方向上在梁和支撑元件之间传递力。一个优选实施例提供了，梁的端部以形状配合的方式或借助于连接装置来附接到相邻的支撑元件。
17.有利地，这些梁被附接到相邻的支撑元件的背离基座的端部。因此，这些梁被附接到支撑元件的自由端，使得所有梁一起形成基础的周向的多边形边界。
18.这些梁还可承担周向支撑的功能，特别是当根据本发明的优选实施例的梁具有带有两个支腿的剖面轮廓，特别是l形轮廓，其中，这两个支腿中的一个支腿被固定到相邻的支撑元件，并且这两个支腿中的另一个支腿形成支撑结构，该支撑结构从支撑元件径向向外突出并且能够抵靠地面支撑。这种附加的支撑结构允许径向支撑元件尺寸设定得更薄，使得实现整体重量优化。另外，由于由梁产生的附加的径向支撑，径向支撑元件的径向延伸部可做得更短，从而使得更容易符合最大运输长度。
19.径向向外突出的支撑结构也可用作用于附接另外的支撑元件的附接点，使得可进一步增加基础的径向范围。
20.根据本发明的一个优选实施例，两个相邻的支撑元件之间的空间可如已经提到的那样各自通过至少一个桥接板来桥接，该桥接板优选地被设计为预制混凝土板。可省去在该至少一个桥接板和径向支撑元件之间设置螺丝连接，这是因为该至少一个桥接板可抵靠梁径向向外被支撑。
21.两个相邻的支撑元件之间的空间也可通过多个平行的桥接板来桥接，这些桥接板被设计为预制混凝土板。这些桥接板特别是基本上沿切向方向延伸，其中多个桥接板如在径向方向上观察彼此跟随。
22.这些桥接板提供了极大的水平表面，回填材料可在该水平表面上施加竖直力，该竖直力抵消风力机的倾覆力矩。这些桥接板沿其侧边缘的至少一部分搁置在支撑元件上，使得由填充物材料施加在桥接板上的竖直载荷可被传递到径向支撑元件，并且因此传递到整个基础。
23.为了将待在使用地点处组装的预制混凝土元件的数量最小化，本发明的一种优选改进方案提供了，环形部段和相关联的支撑元件彼此一体地形成为单一预制混凝土元件。
24.这些预制混凝土元件优选地由钢筋混凝土制成，该钢筋混凝土具有增强结构，特别是增强元件、型材、杆或钢丝，它们被嵌入预制混凝土元件中，和/或被设计为张紧元件，以用于将预制混凝土元件张紧在一起以形成预应力混凝土元件。
25.由预制混凝土元件构成的基础的一个缺点在于，与由现场浇筑的现浇混凝土制成的基础相比，没有提供整体结构，使得必须开发技术解决方案来安全地连接预制混凝土元件，以模拟整体结构。
26.在此背景下，本发明的一个优选实施例提供了，设置连接结构，该连接结构将形成支撑元件和基座的预制混凝土元件保持在一起，并且优选地耦接到增强结构。
27.该连接结构可具有适于将预制混凝土元件刚性地保持在一起以形成整体结构的任何类型。该连接结构不同于所述增强结构，并且因此，优选地不嵌入预制混凝土元件中。根据本发明的优选特征，该连接结构被耦接到该增强结构，这使得能够在增强结构之间实现不间断的载荷路径，使得引入到基础中的力得到有效地分布。在本发明的背景下，该连接结构和增强结构的耦接意味着作用在增强结构上的力被传递到该连接结构，而没有混凝土放置在其间，并且反之亦然。因此，该连接结构和增强结构可直接地或经由刚性连接元件而不是混凝土来连接到彼此。
28.然而，该连接结构也可与增强结构不具有直接的耦接。例如，基座的环形部段或支撑元件可借助于周向张紧缆索来抵靠彼此绷紧（brace）。这些张紧缆索可被布置在环形部段和/或支撑元件的至少一个周向通道中。
29.一个优选实施例提供了，基座或其环形部段在其面向塔架的平台的端部上具有周向突出部，该周向突出部从基座径向向外延伸并且包括用于接收张紧缆索的至少一个通道，所述通道被设置在该突出部中并沿周向方向延伸。创建从基座径向向外延伸并附接在上部区域中、即附接在具有基座的平台的端部处的周向突出部的事实允许不螺接预制混凝土元件，这是因为可在相对大的周界上引导用于张紧所述基础的上部区域中的预制混凝土元件的至少一个张紧缆索，但通常为多个张紧缆索。与在小的周界上延伸的张紧缆索相比，
在大的周界上布设的张紧缆索可产生更好的张紧和接合力，使得根据本发明的措施实现了预制混凝土元件的高度有效地张紧。结果，可在很大程度上或完全地省去混凝土元件的螺接。为了引入和张紧张紧缆索，如果预制混凝土元件在期望的位置处彼此尽可能靠近定位就足够了，而无需钻孔彼此精确对准。然后，该张紧缆索或该多个张紧缆索可被插入到在该突出部中延伸的通道中并且被拉在一起。预制混凝土元件被拉在一起并且彼此对准，并且在没有任何螺丝连接的情况下获得完成的基础。
30.用于制造预浇铸混凝土元件的混凝土可具有通常也用于现场浇筑混凝土的任何类型。除了骨料和水，混凝土还包含波特兰水泥作为水硬性粘合剂。
31.纤维增强混凝土也可优选地用于生产该预制混凝土元件。这些纤维可由有助于提高所得混凝土结构的结构完整性、特别是强度、抗冲击性和/或耐久性的任何纤维材料制成。纤维增强混凝土包含均匀分布和随机定向的短离散增强纤维。
32.增强纤维优选为碳纤维、合成纤维，并且特别是聚丙烯纤维。可替代地，增强纤维可以是钢纤维、玻璃纤维或天然纤维。使用hpc（高性能混凝土）和uhpc（超高性能混凝土）也是可能的。这些类型的混凝土是极细的粘合剂，其具有特殊的极细骨料和相对应的添加剂，并且由于它们相对低的重量而将被认为是有利的。
33.在操作期间，该基础承载具有塔架和安装在该塔架上的转子的陆上风力涡轮机，该塔架通过例如锚定螺栓的常规装置而被安装在根据本发明的基础的基座上。该转子具有基本上水平的旋转轴线。
附图说明
34.下面参考附图中所示的示例性实施例来更详细地描述本发明。图1示出了用于风力发电设备的基础，该基础由预制混凝土元件构成；图2示出了用于图1的基础中的预制混凝土元件；并且图3示出了具有桥接板和外部支撑梁的基础的创造性设计。
具体实施方式
35.图1示出了具有若干个预制混凝土元件3的基础1。该基础1具有呈中空圆柱体形式的圆形基座2，以用于支撑风力涡轮机的塔架。基础1还具有从基座2径向向外突出的多个支撑元件5。基座2被分成若干个周向部段4（图2），周向部段4和支撑元件5各自与彼此一体地形成为预制混凝土元件3，如图2中所示。支撑元件5或预制混凝土元件3还具有基板6，该基板6也与支撑元件5一体地形成。预制混凝土元件3由具有钢筋的钢筋混凝土构成，这些钢筋被嵌入预制混凝土元件3中。
36.尽管这些支撑元件在图2中被示出为由单件构成的预制混凝土元件，但这些支撑元件也可由两个或更多个部段构成。如果要实施其径向长度超过常规运输装置的可允许长度的支撑元件，则这是特别有利的。特别地，两个或更多个部段可被生产为分开的预制混凝土元件，它们被分开地运输到使用地点并在使用地点处刚性地安装到彼此。
37.为了将相邻的周向部段4彼此精确对准，侧表面可具有呈梯形的榫和槽布置的方式的互锁形状配合元件8和9，它们彼此协作，以确保元件3的相对位置。此外，预制混凝土元件3可通过至少一个张紧缆索来收紧到彼此，其中，该至少一个张紧缆索可被布置在形成于基座2中的周向、特别是圆形的通路中，该通路的开口由7表示。当然，也可设置多个通路。
38.图3示出了根据本发明的实施例，其中，两个相邻的预制混凝土元件3之间的空间通过桥接板11和12桥接。该桥接板11和12不必通过螺栓来紧固到预制混凝土元件3的基板6，而是可仅正配合地（或形状配合地，positively）靠在支撑元件上。为了固定桥接板11、12，设置切向梁13，其各自将两个相邻的支撑元件3连接到彼此。切向梁13形成防止桥接板11、12从基座2移开的止挡件。为清楚起见，图3中仅示出了梁13中的一个。由于每对相邻的支撑元件3都借助于梁13连接到彼此，因此在本示例中设置总共八个梁13，使得这些梁13一起形成基础的多边形、特别是八边形的外边缘。
39.在根据图3的实施例中，梁13被设计为成角度的支撑件，它们具有带有第一支腿14和第二支腿15的l形剖面。第二支腿15径向向外延伸并且具有地面支撑表面，梁13可利用该地面支撑表面来支撑在地面上。这为基础提供了附加的支撑。
40.图3中通过10来表示风力发电设备的塔架的待紧固到基座3的下部部段。